JP2006002520A - 削孔用補強管及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 補強管は繊維強化樹脂製であるが、補強管の接続部分で拡径することなく補強管を円滑に地山に前進することができる上に補強管による地山の安定性を向上することができ、補強管の接続部分の高い機械的強度を維持することができる。
【解決手段】 繊維強化樹脂製の管本体１２とこの管本体１２の両端に設けられた雄ねじ金属筒１６、雌ねじ金属筒１６’とから成り、雄ねじ金属筒と雌ねじ金属筒とは、相互に補完するように形成され、且つその基部外周に長手方向に交互に凹凸が表われる凹凸小径部１８、１８’を有し、これらの雌雄のねじ金属筒１６、１６’の凹凸小径部１８、１８’が隣り合う凸部の小さな間隔ＤＳを有する部分と大きな間隔ＤＬを有する部分とを含み、繊維強化樹脂製の管本体１２は、雄ねじ金属筒１６の凹凸小径部１８と雌ねじ金属筒１６’の凹凸小径部１８’とに跨ってこれらの凹凸小径部１８、１８’の凹凸面を埋め込むように形成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えば、トンネルを掘削する際に、トンネルの天井等を囲む表面の岩壁を削孔する際に用いられる削孔用補強管の改良及びその製造方法に関するものである。

トンネル等を掘削する際に、トンネルの切羽の前方地山を安定化するために、注入式長尺先受け工法が採用されている。この工法は、補強管（埋設管又は外管）の内部に削孔ロッドを配置し、この削孔ロッドの先端に接続された削孔ビットを補強管の先端から露出してドリルジャンボ等によって削孔ロッドを介して削孔ビットに回転と打撃力とを与えつつ地山を削孔しつつ補強管を前進し、この際、削岩機からの水を削孔ロッドの内部中空部を介して削孔ビットから削孔水として噴射して地山を砕き、その際に発生するスライムを補強管と削孔ロッドとの空間から外部に排出し、このようにして補強管を打設した後、補強管を地中に残して削孔ロッドと削孔ビットとを回収し、残された補強管内に樹脂を注入して固化する方法である。補強管は、数ｍ単位のものを削孔の進行につれて順次継ぎ足して長尺化される。

この工法では、補強管を切羽前方の鋼製支保工にできるだけ接近するように小さな仰角を保って補強管を打設するのが好ましいが、これを達成するために、最近、補強管を繊維強化樹脂（ＦＲＰ）製の管から作ってこの繊維強化樹脂製の補強管を順次継ぎ足して打設することが提案されている(特許文献1参照)。

この繊維強化樹脂製の補強管を用いると、鋼製の補強管を用いる場合に比べて小さな仰角で打設することができ、従って支保工を建て込む際に断面を拡幅する必要がなく、また補強管が繊維強化樹脂であるため、支保工に支障となる補強管部分は、掘削の過程で削り取ることができる。

この工法に用いられる繊維強化樹脂製の補強管は、全長が繊維補強管であり、従って単位長の補強管を高い強度で接続するために、金属製のカップリングを必要とする。即ち、繊維強化樹脂製の補強管は、両端に雄ねじ部を有し、隣り合う補強管は、雌ねじ型のカップリングに相対する端部の雄ねじ部をカップリングにねじ込んで接続されている。

しかし、このように、補強管をカップンリグによって接続すると、接続状態の補強管は、カップンリグで拡径され、削孔に伴う補強管の地山への前進に抵抗を発生し、削孔を一層大きくしない限り円滑な補強管の打設ができない上に、削孔の拡径によって、埋め込まれた補強管と削孔との間に隙間が発生し、地山の安定性が低下する欠点があった。

また、全長が繊維強化樹脂である補強管とカップリングとのねじ接続部分の機械的強度が小さく、またカップリングという余分の部品を必要とするので、部品管理が面倒である上に接続作業が面倒となる欠点があった。

特開２０００−３４８８２号公報

本発明が解決しようとする１つの課題は、補強管は繊維強化樹脂製であるが、補強管の接続部分で拡径することなく、補強管を円滑に地山に前進することができる上に補強管による地山の安定性を向上することができる削孔用補強管を提供することにある。

本発明が解決しようとする他の課題は、補強管は繊維強化樹脂製であるが、補強管の接続部分の高い機械的強度を維持することができ、且つ補強管の接続に余分の部品を必要とすることがない削孔用補強管を提供することにある。

本発明が解決しようとする更に他の課題は、本発明の上記の課題を解決することができる補強管を容易に製造することができる方法を提供することにある。

本発明の第１の課題解決手段は、繊維強化樹脂製の管本体とこの管本体の両端に設けられたねじ接続部とから成っていて削孔内に埋め込まれるべき削孔用補強管において、一方のねじ接続部は、雄ねじ金属筒から成り、他方のねじ接続部は、雌ねじ金属筒から成り、雄ねじ金属筒と雌ねじ金属筒とは、相互に補完するように形成され、且つその基部外周に長手方向に交互に凹凸が表われる凹凸小径部を有し、前記凹凸小径部は、隣り合う凸部の小さな間隔を有する部分と大きな間隔を有する部分とを含み、繊維強化樹脂製の管本体は、雄ねじ金属筒の凹凸小径部と雌ねじ金属筒の凹凸小径部とに跨ってこれらの凹凸小径部の凹凸面を埋め込むように形成されていることを特徴とする削孔用補強管を提供することにある。

本発明の第１の課題解決手段において、雄ねじ金属筒の凹凸小径部と雌ねじ金属筒の凹凸小径部の凹凸は、環状の形態を有し、環状の凸部は、ねじ先端に向けて次第に外径が大きくなる傾斜後面とほぼ径方向に面する略垂直前面とを含んでいるのが好ましい。

本発明の第２の課題解決手段は、本発明の第１の課題解決手段による削孔用補強管を製造する方法であって、雄ねじ金属筒の凹凸小径部と雌ねじ金属筒の凹凸小径部とに跨って強化用繊維シートを相互に樹脂を含浸しながら多層に巻き付けて繊維強化樹脂製の管本体を形成し、強化用繊維シートと含浸樹脂とは、強化用繊維シートの巻き付け時に、雄ねじ管及び雌ねじ管の凹凸小径部の凹凸面に食い込ませることを特徴とする削孔用補強管の製造方法を提供することにある。

このように、補強管は、その両端に予め接続された雄ねじ金属筒及び雌ねじ金属筒から成るねじ接続部を有するので、従来のように補強管をカップンリグによって接続する必要がなく、従って接続状態の補強管が拡径されることがないので、削孔径を大きくすることなく、補強管の地山への前進を円滑に行うことができ、また削孔内で補強管は大きな隙間を発生することなく安定して埋め込まれるので、高い強度で支保工を組み立てることができる。

また、繊維強化樹脂製の管本体は、雄ねじ金属筒の凹凸小径部と雌ねじ金属筒の凹凸小径部とに跨って凹凸小径部の凹凸面を埋め込むようにして予め量金属筒に接続されている上に隣り合う補強管はそれに一体の金属筒を相互にねじ接続するので、接続状態にある補強管の機械的強度が高く、またカップリングの如き余分の部品を必要としないので、部品管理及び接続作業が容易となる。

特に、雌雄のねじ金属筒の凹凸小径部が隣り合う凸部の小さな間隔を有する部分と大きな間隔を有する部分とから成っていると、これらの凹凸小径部がその周りに設けられて凹凸面を埋め込む繊維強化樹脂製の管本体は、凸部との長手方向の係合面積よりも凹部の長手方向の係合面積の方が大きく、従って長手方向の引き抜き抵抗が大きくなり、繊維強化樹脂製の管本体と金属筒との引っ張り強度が向上し、補強管の打設工事を確実に行うことができる。

本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に述べると、図１は、本発明に係わる削孔用補強管１０を用いてトンネル１等を掘削する際に予め坑内の奧の地盤を補強する目的で地山２を先受けする状態を示し、補強管１０は、図２に示すように、トンネル１の天井に沿って並べて打ち込まれるが、各列毎に、補強管１０は、切羽３の上縁３ａに沿ってその上方の地山部分２ａに斜めに打設される。各補強管１０は、数ｍ単位の長さを有するので、これらの補強管１０は、順次継ぎ足して所定の長さとされる。なお、図２において符号４は、支保工を示す。

補強管１２を切羽３の前方に埋設するために、図１に示すように、削岩機３０のシャンクロッド３０Ｓに接続されて補強管１０の中に挿入される中空の削孔ロッド２０が用いられる。この削孔ロッド２０は、図１に示すように、複数の単位ロッドをカップリング２２を介して順次連結して形成される。削岩機３０のシャンクロッド３０Ｓは、シャンクロッド連結カップリング３２を介して削孔ロッド２０の後端に連結される。削孔ロッド２０は、その先端に削孔ビット２４が接続され、この削孔ビット２４は、補強管１０の最先端から露出している。

このようにして、削岩機３０のシャンクロッド３０Ｓによって削孔ロッド２０を介して削孔ビット２４に回転力と打撃力とを与えつつ地山２を削孔しつつ補強管１０を前進し、この際、削岩機３０からの水を削孔ロッド２０の内部中空部を介して削孔ビット２４から削孔水として噴射して地山２を砕き、その際に発生するスライムを補強管１０と削孔ロッド２２との空間から外部に排出し、このようにして補強管１０を打設した後、補強管１０を地中に残して削孔ロッド２０と削孔ビット２４とを回収し、残された補強管１０内に樹脂を注入し固化してトンネル１の天井を補強する。

本発明に係わる削孔用補強管１０は、図３に示すように、繊維強化樹脂製の管本体１２とこの管本体の両端に設けられたねじ接続部１４、１４’とから成っている。管本体１２の材料である繊維強化樹脂は、ガラス繊維、炭素繊維又は金属繊維が含有された不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂等から成っている。

一方のねじ接続部１４は、雄ねじ金属筒１６から成り、他方のねじ接続部１４’は、雌ねじ金属筒１６’から成り、雄ねじ金属筒１６と雌ねじ金属筒１６’とは、基部を除いて相互に補完するように形成され、従って隣り合う補強管１０は、一方の補強管１０の雄ねじ金属筒１６を他方の補強管１０の雌ねじ金属筒１６’にねじ込んで相互に接続される。金属筒１６、１６’は、例えば、鋼から成っている。

雄ねじ金属筒１６と雌ねじ金属筒１６’とは、図４及び図５に示すように、その基部（ねじを有しない部分）外周に長手方向に交互に凹凸が表われる凹凸小径部１８、１８’を有し、これらの凹凸小径部１８、１８’は、隣り合う凸部の小さな間隔ＤＳを有する部分と大きな間隔ＤＬを有する部分とを混在して含んでいる。更に詳細の述べると、図示の形態では、小さな間隔ＤＳを有する部分と大きな間隔ＤＬを有する部分とを交互に有し、全ての小さな間隔ＤＳは相互に同じ大きさであり、また全ての大きな間隔ＤＬも相互に同じ大きさであるが、これらの間隔は相互に異なっていてもよい。

繊維強化樹脂製の管本体１２は、雄ねじ金属筒１６の凹凸小径部１８と雌ねじ金属筒１６’の凹凸小径部１８’とに跨ってこれらの凹凸小径部１８、１８’の凹凸面を埋め込むように形成されている。

雄ねじ金属筒１６の凹凸小径部１８と雌ねじ金属筒１６’の凹凸小径部１８’は、図４及び図５に示すように、環状の形態を有し、環状の凸部１８Ｐ、１８’Ｐと環状の凹部１８Ｒ、１８’Ｒとから成り、環状の凸部１８Ｐ、１８’Ｐは、ねじ先端に向けて次第に外径が大きくなる傾斜後面ＩＢとほぼ径方向に面する略垂直前面ＶＦとを含んでいるのが好ましい。垂直全面ＶＦは、管本体１２がねじ金属筒１６、１６’から抜け出すのを防止する抜け止め機能を有する。

本発明の補強管１０は、例えば、次のようにして製造することができる。図示しないステンレス製の中空コアの周りにビニルテープ等を巻き付けて離型層を形成し、この中空コアの両端に雄ねじ金属筒１６と雌ねじ金属筒１６’とを嵌合して接続し、この雄ねじ金属筒１６の凹凸小径部１８と雌ねじ金属筒１６’の凹凸小径部１８’とに跨って中空コアの上に強化用繊維シート（例えばガラス繊維不織布）をこのシートにエポキシ樹脂等を塗布又はスプレーによって含浸させながら多層に巻き付けて繊維強化樹脂製の管本体１２を形成する。各強化用繊維シートと含浸樹脂とは、シートの巻き付け時に、雄ねじ金属筒１６及び雌ねじ金属筒１６’の凹凸小径部１８、１８’の凹凸面に食い込ませる。このようにして、繊維強化樹脂製の管本体１２が雄ねじ金属筒１６及び雌ねじ金属筒１６’に大きな引き抜き強度を保って接続される。なお、図４及び図５から解るように、管本体１２の内径、即ち中空コアの外径は、ねじ金属筒１６、１６’の内径よりも小さい上に中空コアの外面に離型層を有するので、繊維強化樹脂製の管本体１２を形成した後、中空コアは、ねじ金属筒１６又は１６’から容易に引き出すことができる。この際、離型層は、管本体１２の内面に残るが、それは補強管１０の打設に全く支障はない。

この繊維強化樹脂製の補強管１０は、図１に示すように、順次継ぎ足しながら地中に前進するが、これらの補強管１０は、その雄ねじ金属筒１６の雄ねじをその直前の補強管１０の雌ねじ金属筒１６’の雌ねじ内にねじ込んで接続することによって継ぎ足される。この場合、補強管１０は、カップリングを使用することなく、継ぎ足すことができるので、接続された補強管１０の外周にカップリングによる拡径部分が生ずることがなく、削孔を大きくする必要がない。従って、削孔と補強管との間に隙間が生ずることがなく、地山の安定性を向上することができる。

このように、補強管１０は、その両端に予め接続された雄ねじ金属筒１６及び雌ねじ金属筒１６’から成るねじ接続部１４、１４’を有するので、従来のように補強管をカップンリグによって接続する必要がなく、補強管１０が拡径されることがなく、このため、削孔径が大きくなることがなく、補強管１０の前進を円滑に行うことができ、また補強管１０を一層安定した状態で地山に埋め込むことができることが解る。

繊維強化樹脂製の管本体１２は、雄ねじ金属筒１６の凹凸小径部１８と雌ねじ金属筒１６’の凹凸小径部１８’とに跨ってこれらの凹凸小径部の凹凸面を埋め込むようにして予め両金属筒に接続されているので、補強管１０同士の接続は金属部分のねじ込みで行われる。

特に、雌雄のねじ金属筒１６、１６’の凹凸小径部１８、１８’が隣り合う凸部の小さな間隔ＤＳと大きな間隔ＤＬとが混在しているので、繊維強化樹脂製の管本体１２は、凸部との長手方向の係合面積よりも凹部との長手方向の係合面積の方が大きく、従って繊維強化樹脂製の管本体１２の長手方向の引き抜き抵抗が大きくなり、繊維強化樹脂製の管本体１２と金属筒１６、１６’との引っ張り強度が向上し、補強管の打設工事を確実に行うことができることが解る。

本発明の１つの実施例を述べると、補強管１０の全長は、３０５０ｍｍであり、雄ねじ金属筒１６の全長が２３０ｍｍ、雌ねじ金属筒１６’の全長が２２０ｍｍであり、いずれのねじ金属筒１６、１６’とも内径が約６２ｍｍ、凹凸小径部１８、１８’の凹部の外径が約６７ｍｍ、凸部の外径が約７１ｍｍであった。隣り合う凸部の小さな間隔ＤＳと大きな間隔ＤＬとは交互に表れ、小さな間隔ＤＳは、６．３８ｍｍ、大きな間隔ＤＬは、２６．３６ｍｍであった。この実施例のねじ金属筒１６、１６’間に繊維強化樹脂製の管本体１２を接続して形成された補強管１０は、凸部の間隔をすべて約６．３８ｍｍとして同じ間隔としたねじ金属筒１６、１６’を用いた補強管１０に比べてねじ金属筒１６、１６’の引抜き強度を著しく改善することができたことが確認された。

繊維強化樹脂製であるが、両端に一体の金属筒からなるねじ接続部を有し、従って取り扱いが容易であるが、隣り合う補強管を高い強度で接続することができ、削孔用の補強管として産業上の利用性が向上する。

本発明の補強管を用いてトンネルの切羽前方の地山を補強する状態を示す概略側面図である。 図１に示される方法によってトンネルの切羽前方が天井の内周面に沿って補強された状態を示す概略正面図である。 本発明の削孔用補強管の一部を省略した縦断面図である。 本発明の補強管に用いられる雄ねじ金属筒の上半部を縦断面で示した拡大側面図である。 本発明の補強管に用いられる雌ねじ金属筒の上半部を縦断面で示した拡大側面図である。

符号の説明

１ トンネル
２ 地山
２ａ 地山部分
２ｂ 削孔部分
３ 切羽
４ 支保工
１０ 補強管
１２ 繊維強化樹脂製管本体
１４、１４’ ねじ接続部
１６ 雄ねじ金属筒
１６’ 雌ねじ金属筒
１８ 雄ねじ金属筒の凹凸小径部
１８’ 雌ねじ金属筒の凹凸小径部
１８Ｐ、１８’Ｐ 環状凸部
１８Ｒ、１８’Ｒ 環状凹部
ＩＢ 傾斜後面
ＶＦ 垂直前面
２０ 削孔ロッド
２２ カップリング
２４ 削孔ビット
３０ 削岩機
３０Ｓ シャンクロッド
３２ シャンクロッド連結カップンリグ
ＤＳ 小さな間隔
ＤＬ 大きな間隔

Claims (3)

1. 繊維強化樹脂製の管本体と前記管本体の両端に設けられたねじ接続部とから成っていて削孔内に埋め込まれるべき削孔用補強管において、前記一方のねじ接続部は、雄ねじ金属筒から成り、他方のねじ接続部は、雌ねじ金属筒から成り、前記雄ねじ金属筒と雌ねじ金属筒とは、相互に補完するように形成され、且つその基部外周に長手方向に交互に凹凸が表われる凹凸小径部を有し、前記凹凸小径部は、隣り合う凸部の小さな間隔を有する部分と大きな間隔を有する部分とを含み、前記繊維強化樹脂製の管本体は、前記雄ねじ金属筒の凹凸小径部と雌ねじ金属筒の凹凸小径部とに跨って前記凹凸小径部の凹凸面を埋め込むように形成されていることを特徴とする削孔用補強管。
2. 請求項１に記載の削孔用補強管であって、前記雄ねじ金属筒の凹凸小径部と雌ねじ金属筒の凹凸小径部の凹凸は、環状の形態を有し、前記環状の凸部は、ねじ先端に向けて次第に外径が大きくなる傾斜後面とほぼ径方向に面する略垂直前面とを含んでいることを特徴とする削孔用補強管。
3. 請求項１又は２に記載の削孔用補強管を製造する方法であって、前記雄ねじ金属筒の凹凸小径部と雌ねじ金属筒の凹凸小径部とに跨って強化用繊維シートを相互に樹脂を含浸しながら多層に巻き付けて前記繊維強化樹脂製の管本体を形成し、前記強化繊維シートと含浸樹脂とは、前記強化繊維シートの巻き付け時に、前記雄ねじ管及び雌ねじ管の凹凸小径部の凹凸面に食い込ませることを特徴とする削孔用補強管の製造方法。
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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